[发明专利]一种高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂和掺杂方法

说明书

本发明涉及石墨烯领域，具体为一种高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂和掺杂方法，该掺杂剂适用于不同基体上不同层数石墨烯的p型掺杂。掺杂剂采用超强酸或者含有超强酸的混合物，将掺杂剂与未转移的石墨烯本征表面接触后，对石墨烯进行掺杂。本发明采用超强酸掺杂具有高效、稳定的特点，为实现掺杂态石墨烯在电子、光电子器件中的应用奠定了基础。

技术领域:

本发明涉及石墨烯领域，具体为一种高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂和掺杂方法，该掺杂剂适用于不同基体上不同层数石墨烯的p型掺杂。

背景技术:

石墨烯是由单层碳原子构成的具有蜂窝状结构的一种新型二维碳材料，石墨烯具有优异的导电性，电导率是铜的1.6倍。石墨烯对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性，单层石墨烯的透光性达97.7％。石墨烯的强度可达130GPa，是钢的100多倍，并具有优异的柔韧性、热稳定性和化学稳定性。因此，石墨烯在电子、光电子器件中应用可以充分发挥其结构与性能优势，受到了极大关注。

然而，本征态的石墨烯无法满足电子、光电子器件中对费米能级、电阻等方面的要求，需要对石墨烯进行掺杂处理。在各种掺杂方法中，使用超强酸掺杂剂可显著提高石墨烯的载流子浓度而不引入结构缺陷，是目前掺杂石墨烯的典型方法。然而，现有的超强酸掺杂剂普遍存在难以兼顾优异的掺杂效果与高的掺杂稳定性。因此，目前亟需发展可以高效、稳定掺杂石墨烯的新型超强酸掺杂剂。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂和掺杂方法，利用超强酸与未转移的石墨烯之间电子相互作用较强的特点，实现对石墨烯的高效掺杂。

本发明的技术方案是：

一种高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂，该掺杂剂采用超强酸或者含有超强酸的混合物。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂，超强酸采用布朗斯特超强酸、路易斯超强酸、共轭布朗斯特-路易斯超强酸和固体超强酸之一或两种以上的组合。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂，典型的超强酸包括五氟化锑、氟锑酸、魔酸、碳硼烷酸、氟磺酸。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂的掺杂方法，将掺杂剂与未转移的石墨烯本征表面接触后，对石墨烯进行掺杂。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂的掺杂方法，石墨烯为采用化学汽相沉积法、析出法、外延法、热解法、机械剥离法或化学剥离法制备的石墨烯。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂的掺杂方法，采用超强酸的溶液掺杂时，超强酸的摩尔浓度范围为0.1mM～20M，所述溶液的溶剂为水、有机溶剂或者高分子聚合物。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂的掺杂方法，在石墨烯表面形成掺杂剂层的方法包括溶液浸泡、蒸发沉积、化学气相沉积、印刷、辊压涂覆、刮涂、线棒涂布、喷涂、旋涂、提拉之一或两种以上的组合。

所述的高效掺杂石墨烯的超强酸掺杂剂的掺杂方法，掺杂剂部分覆盖在石墨烯表面或形成连续薄膜。

本发明的特点及有益效果是：

1.超强酸作为掺杂石墨烯的新型化学掺杂剂，具有掺杂效果好的突出特点。

2.采用将超强酸与未转移的石墨烯本征表面直接接触的掺杂方法，可以进一步提高掺杂的效果和稳定性。

具体实施方式:

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，采用氟锑酸作为石墨烯的掺杂剂。将CVD生长在铜箔上的单层石墨烯浸泡在摩尔浓度10mM的氟锑酸水溶液中，浸泡时间1分钟。取出后用氮气吹干，然后在表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为转移介质，转移到硅片表面，完成掺杂。掺杂后石墨烯的平均面电阻为430欧姆/方块。